当直流输电单极运行或者地磁暴发生时,变压器中性点有直流电流流过,直流偏磁会造成变压器负载电流的谐波分量增大、无功损耗增大、局部过热、振动噪声增加等一系列问题,威胁变压器的安全稳定运行。近些年随着直流输电工程的不断发展,其电压等级不断提高,输电线路上导线的电阻值越来越小,换流变压器的直流偏磁问题也日益严重。与交流变压器不同,换流变压器两侧分别连接着交流和直流系统,其结构和运行工况更复杂,直流偏磁的影响问题也更复杂。因此本论文以换流变压器参与的换相过程、非正弦负载电流、阀侧星三角接线差异这三个特点为切入点,分别研究换流变压器直流偏磁下的换相角、结构件有功损耗、整体无功消耗变化等特性问题。本文的主要工作及成果如下:（1）换流变压器直流偏磁对换相角的影响研究考虑换流变压器T型电路模型中的励磁支路,推导了直流偏磁下换相角的数学表达式;搭建了考虑换流变电感变化的换相有限元模型。研究了整流和逆变侧换相角随换流器触发角、直流电流方向、大小的变化规律以及一个周期内六次换相角之间的联系。利用换相电流仿真数据,构建了直流偏磁下直流系统电压和交流系统相电流波形,研究了换相角变化对其谐波含量的影响。结果表明直流偏磁下换相角会变小,触发角越小,直流越大,换相角数值减小的越多;换相角的减小使得交流系统相电流中出现高频非特征谐波,直流系统电压谐波次数由六的倍数变为三的倍数。（2）换流变压器直流偏磁下油箱和夹件涡流损耗（结构件损耗）研究通过磁路法,分析了换流变压器在额定和空载直流偏磁状态下油箱和夹件表面漏磁场的分布情况。利用（1）中获取的负载电流数据,对800kV换流变压器油箱和夹件涡流损耗进行了有限元仿真计算,并开展了 380V缩比变压器的直流偏磁实验,研究了油箱和夹件涡流损耗与直流电流和换流器触发角的变化关系。结果表明结构件损耗与直流电流正相关,与换流器触发角负相关;直流偏磁下损耗数值等于额定损耗乘以损耗占比系数再加上空载直流偏磁损耗,其中损耗占比系数的大小为0至1,直流电流和换流器触发角越大,其数值越小。根据研究结论,构建了换流变压器直流偏磁下结构件损耗的简化计算公式。（3）换流变压器直流偏磁下拉板涡流损耗研究搭建了额定正弦激励下拉板涡流损耗的简化数学模型,结合有限元仿真计算,研究了拉板涡流损耗与电流频率的变化规律。按照（2）中油箱和夹件涡流损耗研究思路,进一步研究了直流偏磁下拉板涡流损耗与直流电流和换流器触发角的变化关系。结果表明实际开两全槽的换流变压器拉板,额定状态下其损耗与频率的1.47次方成正比;直流偏磁下拉板损耗约等于额定损耗和空载直流偏磁损耗之和,且空载直流偏磁损耗与直流电流之间是类似于线性的关系,比例系数为0.038。根据研究结论,修正了拉板额定损耗公式中的频率指数,构建了负载直流偏磁下拉板涡流损耗与直流电流之间的直接计算公式。（4）地磁感应电流与换流变压器无功损耗关系的研究针对阀侧绕组为星型接线的换流变压器,分两段线性表示其铁心i-φ曲线,研究了无功损耗与GIC（Geomagnetically Induced Current）之间的静态数学关系。相应的开展了无功损耗有限元仿真计算和实验测量工作,对上述研究结论进行了验证。考虑阀侧绕组三角形接线方式,研究了 GIC准直流特性对无功损耗的影响,针对电路模型中不同的换流变压器参数,分析了其对无功影响的灵敏度大小。结果表明基于我国实际GIC水平,静态无功损耗与GIC之间是线性关系,比例系数在0.9-0.95之间取值;考虑三角形接线绕组的影响时,在GIC流向发生转变的阶段,其流向由流入换流变压器变为流出时,无功损耗较静态数值相比将会增大,反之则减小。换流变额定磁通和三角型绕组电阻对无功损耗的影响最大,灵敏系数分别为:-3.36,-0.33。本文不仅考虑了换流变压器本身结构尺寸和材料的因素,还将其所处的工作状况（换相、非正弦负载电流、阀侧绕组接线方式）进行了简化等效,包含在了分析模型中,对换流变压器直流偏磁下的特性问题进行了分析研究。研究成果可为快速评估整流和逆变站中不同工况下的换流变压器遭受直流偏磁侵害的严重程度（换相角、结构件有功损耗、整体无功消耗）提供理论依据。